Схемотехника аналоговых электронных устройств.-4

В этом выражении Rл – эквивалентное сопротивление в цепи разряда конденсатора, стоящее слева (сопротивление источника сигнала или выходное сопротивление предыдущего каскада), Rп – эквивалентное сопротивление справа от конденсатора (сопротивление нагрузки или входное сопротивление последующего каскада).

Для конденсатора Сэ разряд происходит через параллельное соединение Rэ и внутреннего сопротивление транзистора со стороны эмиттера:

τ нэ = Cэ × Rэ × rвыхэ Rэ + rвыхэ .

Обычно выполняется условие Rэ ff rвыхэ , в этом случае

τ нэ = Cэ × rвыхэ » Cэ × (rэ + rб H 21 ) » Cэ S .

Низкочастотная коррекция коллекторным фильтром используется для уменьшения линейных искажений на нижних частотах. Действие НЧ коррекции основано на увеличении сопротивления в цепи коллектора с уменьшением частоты благодаря включению последовательно с сопротивлением коллектора Rк цепочки CфRф, показанной на рисунке 16а.

а б Рисунок16. Схемы каскада с низкочастотной коррекцией: а – принципиальная схема,

б – эквивалентная схема на низкой частоте, в – упрощенная эквивалентная схема

Увеличение эквивалентного сопротивления нагрузки при отсутствии Cф приводит к увеличению коэффициента усиления каскада, при оптимальной емкости Cф происходит компенсация спада АЧХ на низких частотах. Из-за высокого порядка передаточной функции при каскадном соединении низкочастотных цепочек рассмотрим действие корректирующей цепи по упрощенной схеме, приведенной на рисунке 16в,

21

учитывающей спад АЧХ на НЧ емкостью Cр2. В этой схеме выигрыш по уменьшению частоты корректированным каскадом при оптимальной емкости Cф равен [Войшвилло]

f н f нкор = 1 + Rф Rк .

Величина емкости фильтра для получения АЧХ в области нижних частот, близкой к оптимальной, определяется по выражению

Cф » C р2 × Rн× (Rк + Rф)Rк × Rф .

Следует отметить, что получить большой выигрыш в нижней граничной частоте нельзя из-за ограниченного напряжения питания.

Спад вершины импульса связан с изменением потенциалов на выводах транзистора при измерении положения рабочей точки. При изменении напряжения на выводах конденсаторов происходит заряд или разряд разделительных и блокировочных конденсаторах по экспоненциальному закону, который при небольших перепадах напряжения может быть заменен на линейные изменения, вызывающие линейный спад вершины импульса. Спад вершины импульса выходного напряжения может быть значительно уменьшен при использовании коллекторного фильтра. Процесс коррекции вершины импульса поясняет рисунок17.

Рисунок 17. Коррекция вершины импульса коллекторным фильтром

На рисунке 9 показано, что ток на выходе транзистора слабо зависит от нагрузки. При протекании части выходного тока через сопротивление Rк, рисунок17, формируется импульс напряжения, близкий к прямоугольному, на цепочке CфRф по мере заряда конденсатора наблюдается нарастание напряжения. В результате суммирования этих напряжений на коллекторе транзистора формируется импульс с подъемом вершины.

22

При заряде конденсатора Cр2 наблюдается увеличение напряжения, которое вычитается из напряжения на коллекторе. При оптимальной коррекции, когда величина подъема вершины импульса компенсирует падение напряжения на разделительном конденсаторе, спад вершины импульса на нагрузке отсутствует.

Задания по теме 2.

Порядок расчета:

1.Выбор рабочей точки

2.Выбор транзистора и расчет его параметров по эквивалентной схеме.

3.Расчет каскада в области СЧ

4.Расчет каскада в области ВЧ

5.Расчет каскада в области НЧ

6.Построение результирующей характеристики

Схема усилительного каскада приведена на рисунке 19. Выбрать режим работы Iк0, Uк0, напряжение источника питания, параметры транзистора, необходимые для обеспечения заданного режима. Рассчитать значения элементов усилительного каскада (Rк, Rэ) и определить значения коэффициента усиления, верхнюю. и нижнюю граничные частоты.

Рисунок 19. Схема усилительного каскада.

. Варианты задания

23

Тема 3. Расчет каскада с эмиттерной коррекцией

Краткие теоретические сведения

Принципиальная схема каскада с эмиттерной коррекцией приведена на рисунке 20а, эквивалентная схема по переменному току - на рисунке 20б, где элементы цепи коррекции R1,C1.

Эмиттерная коррекция вводится для уменьшения искажений АЧХ в области верхних частот, увеличивая амплитуду сигнала на переходе база-эмиттер транззистора с ростом частоты усиливаемого сигнала благодаря уменьшению глубины обратной связи с ростом частоты.

Коэффициент усиления с учетом ОС

24

При заданном значении F , значение mопт определяется выражением:

Задание:

Рассчитать усилитель с цепью эмиттерной коррекции на транзисторе КТ 315 обеспечивающей оптимальную форму АЧХ на заданной нагрузке (Rн и Сн)

1.Рассчитать цепь термостабилизации, обеспечивающие рабочую точку транзистора

Uко=5в, Iко=5мА.

2.Рассчитать параметры усилителя (Ко, fв, fн, rВХ, Свх) при отсутствии ОС.

3.Рассчитать параметры корректирующей цепи, обеспечивающие оптимальную

форму АЧХ при значении глубины ОС F=10

4.Рассчитать параметры усилителя (Ко, fв, fн, rВХ, Свх) с корректирующей цепью

5.Сравнить результаты.

25

Варианты задания

Тема 4. Активные фильтры.

Расчет резонансного усилителя на мосте Вина

Схема резонансного усилителя на мосте Вина приведена на рисунке 21.

Рисунок 21.Схема резонансного усилителя на мосте Вина

Действие моста Вина основано на компенсации на частоте резонанса отрицательной обратной связи (R2, R1) цепью положительной обратной связи R3, C1, R4, C2. На частоте резонанса глубина положительной ОС максимальна и предельно может достигать глубины отрицательной ОС, что соответствует бесконечной добротности активного фильтра. Для сохранения устойчивости усилителя глубина отрицательной ОС должна быть больше положительной ОС и реально достижимая добротность может составлять

1000-5000 единиц.

Условие резонанса моста τ посл=τ пар, или R4C2=R3C1.

26

При условии R3=R4=R и C1=C2=C резонансная частота f0 = 12π × RC . Так как коэффициент передачи моста Вина на частоте f0 равен 1/3, то для обеспечения устойчивости необходимо выполнить условие 3 ≥ (R1+R2)/R1

Задание

Спроектировать резонансный усилитель на основе моста Вина с добротностью Q>100 на заданную частоту f0:

∙Выбрать операционный усилитель из базы Multisim;

∙Рассчитать элементы фильтра;

∙Собрать рассчитанный фильтр в Multisim;

∙Результаты моделирования (К0, fн, fв, и Q в виде текста), АЧХ на плоттере Боде и схему спроектированного усилителя записать в папку

Р/Авдоченко/Схемотехника гр.14Х-х под названием ОУ, ФИО

. Варианты задания

ЛИТЕРАТУРА

1.Красько А.С. Аналоговые электронные устройства: Учебное пособие. – Томск: Томский межвузовский центр дистанционного образования, 2000. – 196 с

2.Титов А. А. Схемотехника сверхширокополосных и полосовых усилителей

3. Титов А.А. Сборник задач по основам радиотехники: Учебно-методическое пособие по практическим занятиям для студентов радиотехнических специальностей. Режим доступа: – http://edu.tusur.ru/training/publications/948

27